[农学]化工原理思考题答案
1.5教材思考题解：1．假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。质点是含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程却要大得多。2．前者描述同一质点在不同时刻的状态；后者描述空间任意定点的状态。3．分子间的引力和分子的热运动。通常气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主；温度上升，热运动加剧，粘度上升。液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主，温度上升，分子间的引力下降，粘度下降。4．静压强的特性：①静止流体中任意界面上只受到大小相等、方向相反、垂直于作用面的压力；②作用于任意点所有不同方位的静压强在数值上相等；③压强各向传递。5．1）图略，受力箭头垂直于壁面、上小下大。2）内部压强p=ρgh=1000×9.81×0.5=4.91kPa；外部压强p=F/A=10/0.008=1.25kPa<内部压强4.91kPa。因为容器内壁给了流体向下的力，使内部压强大于外部压强。6．容器A的液体势能下降，使它与容器B的液体势能差减小，从而R2减小。R1不变，因为该U形管两边同时降低，势能差不变。7．由静力学方程可以导出Δp=H(ρ冷-ρ热)g，所以H增加，压差增加，拔风量大。8．前者指速度分布大小均匀；后者指速度方向平行、无迁移加速度。9．重力场下、不可压缩、理想流体作定态流动，流体微元与其它微元或环境没有能量交换时，同一流线上的流体间能量的关系。10．R=R’，因为U形管指示的是总势能差，与水平放还是垂直放没有关系。11．选（1）pB
>kx时，液相阻力控制。11．①G、L为常量，②等温过程，③传质系数沿塔高不变。12．分离任务难易与设备效能高低相对分开，便于分析。13．塔段的物料衡算。14．返混是少量流体自身由下游返回至上游的现象。15．完成指定分离任务所需塔高为无穷大时的液气比。无。16．通常，x2max=y2/m，(L/G)min=(y1-y2)/(x1e-x2)。相平衡和物料衡算。17．对数平均推动力法，吸收因数法，数值积分法。相平衡分别为直线和过原点直线。18．气体流经这一单元高度塔段的浓度变化等于该单元内的平均推动力。0.15～1.5m。19．t、x2、L。t↓，x2↓，L↑均有利于吸收。20．传热过程数学描述可视作m=1时的吸收过程的情况。21．①G、L沿程变化，②非等温，③传质分系数与浓度有关。22．溶质是否与液相组分发生化学反应。高的选择性，较高的吸收速率，降低平衡浓度ye。23．快反应使吸收成表面过程；慢反应使吸收成容积过程。9.5教材思考题解：1．分离液体混合物。液体中各组分挥发度的不同。2．加热和冷却的费用。3．自由度为F=2(P一定，t～x或y；t一定，P～x或y)；P一定后，F=1。4．泡点指液相混合物加热至出现第一个汽泡时的温度。露点指气相混合物冷却至出现第一个液滴时的温度。对于一定的组成和压力，露点大于或等于泡点。5．强正偏差出现最低恒沸点；强负偏差出现最高恒沸点。6．范拉方程、马古斯方程。7．P↑、α↓。8．因为此时y=x，没有实现相对分离。9．平衡蒸馏是连续操作且一级平衡；简单蒸馏是间歇操作且瞬时一级平衡。10．唯其如此，才能实现汽液两相充分接触、传质，实现高纯度分离，否则，仅为一级平衡。\n11．离开该板的汽液两相达到相平衡的理想化塔板。经过一块塔板之后的实际增浓与理想增浓之比。12．在没有加料、出料的情况下，塔段内的汽相或液相摩尔流量各自不变。组分摩尔汽化热相近，热损失不计，显热差不计。13．一摩尔加料加热至饱和汽体所需热量与摩尔汽化潜热之比。它表明加料热状态。五种：过热蒸汽，饱和蒸汽，汽液混和物，饱和液体，冷液。14．塔段物料衡算。液汽比为常数（恒摩尔流）。15．全回流条件下，塔顶塔低浓度达到要求时的最少理论板数。16．达到指定分离要求所需理论板数为无穷多时的回流比，是设计型计算特有的问题。气液两相浓度在恒浓区几乎不变。17．设备费、操作费之和最小。18．能。19．塔板温度对外界干扰反映最灵敏的塔板。20．操作灵活。适用于小批量物料分离。21．相同点：都加入第三组份改变相对挥发度；区别：①前者生成新的最低恒沸物，加入组分塔从塔顶出；后者不形成新恒沸物，加入105组分从塔底出。②操作方式前者可间隙，较方便。③前者消耗热量在汽化潜热，后者在显热，消耗热量较少。22．选择多组分精馏的流程方案需考虑①经济上优化；②物性；③产品纯度。23．对分离起控制作用的两个组分为关键组分，挥发度大的为轻关键组分；挥发度小的为重关键组分。比轻关键组分更易挥发的为轻组分；比重关键组分更难挥发的为重组分。24．清晰分割法假定轻组分在塔底的浓度为零，重组分在塔顶的浓度为零。全回流近似法假定塔顶、塔底的浓度分布与全回流时相近。25．①全塔物料衡算，得塔顶、塔底浓度；②确定平均α，用芬斯克方程算最少理论板数Nmin；③用恩德伍德公式计算Rmin，R；④查吉利兰图，算N；⑤以加料组成、塔顶组成，用芬斯克方程、恩德伍德公式、吉利兰图，算加料位置。26．①全塔物料衡算，得塔顶、塔底浓度；②用恩德伍德公式计算Rmin，R，汽液相流率L、V；③建立操作线方程，确定xq，yq；④确定x~y相平衡计算式；⑤从塔顶往下交替相平衡、操作方程计算至塔底，并进行浓度校核。__10.5教材思考题解：\n1．①气液两相在塔板上充分接触，②总体上气液逆流，提供最大推动力。总体两相逆流，每块板上均匀错流。2．鼓泡状态：气量低，气泡数量少，液层清晰。泡沫状态：气量较大，液体大部分以液膜形式存在于气泡之间，但仍为连续相。喷射状态：气量很大，液体以液滴形式存在，气相为连续相。3．由泡沫状态转为喷射状态的临界点。4．液沫夹带、气泡夹带、气体的不均匀流动、液体的不均匀流动。5．是由过量液沫夹带引起还是由溢流管降液困难造成的。6．夹带液泛、溢流液泛、漏液。7．因为实际塔板上液体并不是完全混和（返混）的，而理论板以板上液体完全混和（返混）为假定。8．湿板效率与默弗里板效率的差别在于前者考虑了液沫夹带对板效的影响，可用表观操作线进行问题的图解求算，而后者没有。9．因两者定义基准不同。10．①过量液沫夹带；②漏液；③溢流液泛；④液量下限(how≥6mm)；⑤液量上限(HTAf/Lmax≮3～5s)。上、下操作极限的气体流量之比。11．①通过能力；②板效率；③板压降；④操作弹性；⑤结构简单成本低。12．用x表示重组分摩尔分率，且重组分从气相传至液相时，喷射状态对负系统(dσ/dx<0)有利，泡沫状态对正系统(dσ/dx>0)有利。13．①比表面积ａ，②空隙率ε，③填料的几何形状。拉西环，鲍尔环，弧鞍形填料，矩鞍形填料，阶梯形填料，网体填料等。14．填料塔内随着气速逐渐由小到大，气液两相流动的交互影响开始变得比较显著时的操作状态为载点；气速进一步增大至出现压降陡增的转折点即为泛点。15．分离效果相当于一块理论板的填料层高度。16．填料塔操作范围小，宜处理不易聚合的清洁物料，不易中间换热，处理量较小，造价便宜，较宜处理易起泡、腐蚀性、热敏性物料，能适应真空操作。板式塔适合于要求操作范围大，易聚合或含固体悬浮物，处理量较大，设计要求比较准确的场合。11.5教材思考题解：1．分离液液混合物。各组分溶解度的不同。2．①与物料中的Ｂ组份不完全互溶，②对Ａ组份具有选择性的溶解度。3．①萃取中稀释剂B组分往往部分互溶，平衡线为曲线，使过程变得复杂；②萃取Δρ，σ较小，使不易分相，设备变得复杂。4．①出现共沸，或α<1.06；②低浓度；③热敏性物料。\n5．相平衡的两相无限趋近变成一相时的组成所对应的点。不一定是。6．能。萃取相、萃余相各自脱溶后为萃取液、萃余液。7．β=(yA/yB)/(xA/xB)。β=1不可用萃取方法分离。β=∞为B、S完全不互溶物系。8．温度低B、S互溶度小，相平衡有利些，但粘度等对操作不利，所以要适当选择。9．通过计算可以确定，当达到指定浓度所需理论级为无穷多时，相应的S/F为(S/F)min。10．两相极限通过能力；传质系数Kya或HETP。前者决定了设备的直径D，后者决定了塔高。11．两相速度达到极大时，部分分散相液滴被连续相带走，而使分散相流量减少的状况称为液泛。此时的分散相滞液率为临界滞液率，两相的空塔速度为两相极限速度。12．因传质引起界面张力分布不均而造成的界面不规则运动。①提高传质系数；②影响液滴的合并、分散。13．当dσ/dx>0时，ｄ→ｃ（分散相向连续相传质）有利于液滴分散；当dσ/dx<0时，ｃ→ｄ（连续相向分散相传质）有利于液滴分散。14．应考虑：dσ/dx的正负，两相流量比，粘度大小，润湿性，安全性等。15．用超临界流体作溶剂进行萃取。等温变压，等压变温。16．在液膜的两边同时进行萃取和反萃取。乳状液膜、支撑液膜。12.5教材思考题解：1．溶液结晶，熔融结晶，升华结晶，反应沉淀。溶液的过饱和。2．冷却，蒸发浓缩。1203．分离纯度高，温度低，相变热小。4．晶体微观粒子几何排列的最小单元。按晶格结构分类。形成不同晶体外形的习性。5．在一定温度下，开始析出结晶的溶液浓度大于溶解度，所以，超溶解度曲线在溶解度曲线上面。饱和，不饱和，过饱和状态。当溶液浓度处于不饱和状态，属于稳定区。当溶液浓度介于超溶解度曲线和溶解度曲线之间，属于介稳区。当溶液浓度大于超溶解度曲线浓度时，属于不稳区。6．晶核生成，晶体成长。7．初级均相成核，初级非均相成核，二次成核。8．小晶体溶解与大晶体成长同时发生的现象。9．过饱和度ΔC大，有利于成核；过饱和度ΔC小，有利于晶体成长。\n10．选择时要考虑溶解度曲线的斜率，能耗，物性，产品粒度，处理量等。11．流体中的吸附质借助于范德华力而富集于吸附剂固体表面的现象。吸附剂对流体中各组分选择性的吸附。12．变温，变压，变浓度，置换。13．活性炭，硅胶，活性氧化铝，活性土，沸石分子筛，吸附树脂等。活性炭亲有机物，硅胶极性、亲水，活性氧化铝极性、亲水，活性土极性，沸石分子筛极性可改变、筛选分子、选择性强，吸附树脂可引入不同的官能团。分子筛是晶格结构一定，微孔大小均一，能起筛选分子作用的吸附剂。14．内表面大，活性高，选择性高，有一定的机械强度、粒度，化学稳定性好。15．随着流体相浓度的增加，吸附等温线斜率降低。16．先将朗格缪尔模型线性化1=1×1+1，然后实测p、x，确定参数xm、kL。17．分子扩散，努森扩散，表面扩散，固体(晶体)扩散。18．外扩散，内扩散，吸附。19．固定床吸附器中，固体相浓度随距离的变化曲线称为负荷曲线。出口浓度随时间的变化称为透过曲线。透过曲线中，出口浓度达到5%进口浓度时，对应的点称为透过点；出口浓度达到95%进口浓度时，对应的点称为饱和点。20．传质速率，流体流速，相平衡。21．固定床，搅拌釜，流化床。22．利用固体膜对流体混合物各组分的选择性渗透，实现分离。反渗透，超滤，电渗析，气体渗透分离。23．不发生相变化，能耗低，常温操作，适用范围广，装置简单。截留率，透过速率，截留分子量。24．平板式，管式，螺旋卷式，中空纤维式。25．施加的压差大于溶液的渗透压差。26．溶质在膜表面被截留，形成高浓度区的现象。27．膜孔的筛分作用，或各组分通过的速率不同。28．离子交换膜使电解质离子选择性透过。阴膜带正电，只让阴离子通过；阳膜带负电，只让阳离子通过；29．努森流的分离作用；均质膜的溶解、扩散、解吸。__13.5教材思考题解：1．机械去湿、吸附或抽真空去湿、供热干燥等。2．热质同时传递。3．空气预热。4．td≤tW≤t。φ=100%时，td=tW=t。5．平衡水蒸汽压开始小于饱和蒸汽压的含水量为结合水，超出部分为非结合水。6．指定空气条件下的被干燥极限为平衡含水量，超出的那部分含水为自由含水量。7．由恒速段向降速段转折的对应含水量为临界含水量。\n物料本身性质、结构、分散程度、干燥介质（u、t、H）。结构松、颗粒小、u↓、t↓、H↑、都会使Xc↓。8．干燥速率太大会引起物料表面结壳，收缩变形，开裂等等。9．热效率η＝汽化水分、物料升温需热/供热。10．①预热段、升温段、热损失忽略不计；②水分都在表面汽化段除去。11．提高进口气温t1，降低出口气温t2，采用中间加热，废气再循环。12．①对物料的适应性②设备的生产能力③能耗的经济性(热效率)。\n\n\n
